Номер 568, страница 79 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Архимедова сила. Плавание тел. Плавание судов. Воздухоплавание - номер 568, страница 79.

Условие.

► 568. Возьмите блюдце и опустите его на воду ребром — оно тонет. Если блюдце опустить на воду дном, оно плавает на поверхности. Почему?

Решение.

Плавание тел в жидкости определяется соотношением между силой тяжести, действующей на тело, и выталкивающей силой (силой Архимеда). Тело плавает, если сила Архимеда уравновешивает силу тяжести. Если сила тяжести больше максимальной выталкивающей силы, тело тонет.

Сила тяжести, действующая на блюдце, постоянна и равна $F_g = mg$, где $\text{m}$ – масса блюдца.

Выталкивающая сила Архимеда равна весу вытесненной жидкости: $F_A = \rho_{воды} g V_п$, где $\rho_{воды}$ – плотность воды, а $V_п$ – объем погруженной части тела.

1. Блюдце, опущенное на воду ребром

Когда блюдце опускают в воду ребром, оно вытесняет объем воды, равный объему самого материала, из которого сделано блюдце ($V_{материала}$). Блюдца обычно изготавливают из фарфора или керамики, плотность которых значительно больше плотности воды ($\rho_{керамики} > \rho_{воды}$).

В этом случае сила тяжести, действующая на блюдце ($F_g = \rho_{керамики} g V_{материала}$), оказывается больше, чем максимальная выталкивающая сила, которая может на него действовать ($F_{A,max} = \rho_{воды} g V_{материала}$). Так как $F_g > F_A$, блюдце тонет.

2. Блюдце, опущенное на воду дном

Когда блюдце кладут на воду дном, оно благодаря своей вогнутой форме вытесняет гораздо больший объем воды, чем объем его материала. Оно работает по принципу лодки или корабля. Блюдце погружается в воду до тех пор, пока вес вытесненной им воды не станет равным его собственному весу. То есть, пока не будет выполнено условие плавания: $F_A = F_g$.

Объем вытесненной воды ($V_п$) в этом случае оказывается достаточным, чтобы создать выталкивающую силу, равную силе тяжести блюдца, при этом края блюдца все еще находятся над поверхностью воды. Поэтому блюдце плавает.

Ответ: Причина в разном объеме вытесняемой воды. Когда блюдце опускают ребром, оно вытесняет малый объем воды, равный объему его материала, и выталкивающей силы недостаточно, чтобы удержать его на плаву. Когда блюдце опускают дном, его форма позволяет вытеснить большой объем воды, создавая достаточную выталкивающую силу для плавания.